實驗指導書-電子測量原理

1、電 子 科 技 大 學實 驗 指 導 書電子測量原理實驗-數字存儲示波器的使用和帶寬測試一 實驗目的1.熟悉數字示波器基本工作原理2.了解數字示波器的主要技術指標3.掌握數字示波器的使用方法和帶寬測試二 實驗內容1.相關測試儀器的熟練使用2.邊沿、脈寬等觸發(fā)類型的使用3.觸發(fā)釋抑功能的使用4.預觸發(fā)與延遲觸發(fā)功能的使用5.脈沖參數的測量6.獲取模式（標準、峰值、平均、高分辨率）的使用7.觸發(fā)方式（自動、正常、單次）的使用8.帶寬的測量三 預備知識1.了解數字存儲示波器原理2.熟悉掌握數字存儲示波器使用和帶寬的測試方法。四 實驗設備與工具數字存儲示波器、任意波形發(fā)生器、射頻信號源五 實驗原理與說

2、明1.實驗儀器簡介函數發(fā)生器Agilent Technologies 33220A 是高性能的 20 MHz 任意波形發(fā)生器，其具有內置任意波形和脈沖功能。實物如圖1。10 個標準波形內置的 14 位 50 MSa/s 任意波形功能具有可調邊沿時間的精確脈沖波形功能LCD 顯示器可提供數字和圖形視圖易用的旋鈕和數字小鍵盤儀器狀態(tài)存儲器，用戶可自定義名稱帶有防滑支腳的便攜式耐用機箱靈活的系統(tǒng)特性四個可下載的 64K 點任意波形存儲器GPIB (IEEE-488)、SB 和 LAN 遠程接口為標準配置符合 LXI Class C 標準SCPI（可編程儀器的標準命令）兼容圖1 Agilent 332

3、20A 20 MHz 任意波形發(fā)生器數字存儲示波器Agilent DSO5012AAgilent DSO5012A主要指標：采樣率 2 GSa/sec 每通道垂直分辨率8 位模擬帶寬：100MHz上升時間（= 0.35/ 帶寬） ：3.5 nsec水平范圍：5 nsec/div 至 50 sec/div觸發(fā)系統(tǒng)模式：自動、正常（已觸發(fā)）、單，釋抑時間60 ns 至 10 秒觸發(fā)類型：邊沿、脈沖寬度、碼型、TV、持續(xù)時間邊沿：在任何源的上升沿、下降沿或交變沿觸發(fā)脈沖寬度：當正向或負向脈沖小于、大于或在任意源通道的特定范圍內時觸發(fā)。最小脈沖寬度設置：5 ns 最大脈沖寬度設置：10 s通道觸發(fā)：耦

4、合AC (10 Hz)、DC、噪聲抑制、高頻抑制和低頻抑制 (500 kHz)顯示系統(tǒng)：分辨率768 垂直 x 1024 水平點（屏幕區(qū)）640 垂直 x 1000 水平點（波形區(qū)）釋抑時間60 ns 至 10 秒網格 8 div x10 div圖2 Agilent DSO5012A示波器1. 垂直位置控制使用此旋鈕更改通道在顯示屏上的垂直位置。每個通道對應一個垂直位置控制。請參見用戶手冊第 60 頁上的“使用通道”。2. 通道打開/ 關閉鍵使用此鍵打開或關閉通道，或訪問軟鍵中的通道菜單。每個通道對應一個通道打開/ 關閉鍵。請參見用戶手冊第 60頁上的“使用通道” 。3. 垂直靈敏度使用此旋鈕

5、更改通道的垂直靈敏度（增益）。請參見用戶手冊第 60 頁上的“使用通道” 。4. Label 鍵按此鍵訪問 Label 菜單，可以輸入標簽以識別示波器顯示屏上的每個軌跡。請參見用戶手冊第 74 頁。5. Utility 鍵按此鍵訪問 Utility 菜單，可以配置示波器的 I/O 設置、打印機配置、文件資源管理器、服務菜單和其他選項。6. 觸發(fā)控制裝置這些控制裝置確定示波器如何觸發(fā)以捕獲數據。請參見用戶手冊第 56 頁上的“選擇自動觸發(fā)或正常觸發(fā)模式” 和第 3章的“觸發(fā)示波器”（從第 89 頁開始）。7. 水平掃描速度控制裝置轉動此旋鈕調節(jié)掃描速度。這將更改顯示屏上每個水平格的時間。如果在已

6、采集波形和且示波器停止后調節(jié)，則將產生水平拉伸或擠壓波形的效果。請參見用戶手冊第 65 頁上的“設置水平時基” 。8. Measure 鍵按 Cursors 鍵打開可以用于進行測量的游標。按Quick Meas 鍵訪問一組預定義測量。請參見用戶手冊第 4 章的“進行測量”（從第 125 頁開始）。9. 顯示屏顯示屏對每個通道使用不同的顏色來顯示捕獲的波形。有關顯示模式的詳細信息，請參見用戶手冊第 5 章的“顯示數據”（從第 175 頁開始）。使用 256 級亮度顯示信號細節(jié)。有關查看信號細節(jié)的詳細信息，請參見用戶手冊第 182 頁上的“改變亮度以查看信號細節(jié)” 。10. Entry 旋鈕Ent

7、ry 旋鈕用于從菜單選擇項或更改值。其功能根據所顯示的菜單而異。請注意，只要 Entry 旋鈕可用于選擇值，旋鈕上方的彎曲箭頭符號 就會點亮。使用 Entry 旋鈕在軟鍵上顯示的選項中進行選擇。11. AutoScale 鍵按 AutoScale 鍵時，示波器將快速確定哪個通道有活動，并將打開這些通道且對其進行定標以顯示輸入信號。請參見用戶手冊第 195 頁上的“自動定標如何工作”12.軟鍵這些鍵的功能根據顯示屏上鍵正上方顯示的菜單而異。圖3 解釋顯示屏射頻信號源Agilent N5181A信號發(fā)生器功能：N5181A, 模擬型號: 250 kHz 3 GHz電子衰減器步進和列表掃描頻率, 功

8、率或頻率和功率矢量型號可以包括列表掃描用戶平坦度校正自動置平控制 (ALC); 功率校準10 MHz 參考頻率振蕩器，帶有外部輸出靈活的參考輸入, 1 - 50 MHz (選件1ER)GPIB, SB 2.0 和100Base-T LAN 接口模擬調制: AM, FM 和M (選件UNT)外部AM, FM 和M輸入 (選件UNT)脈沖調制 (選件UNU)SCPI 和IVI-COM 驅程兼容8648/ESG 代碼滿足LXI Class C 標準外部模擬I/Q 輸入 (矢量型號)模擬差分I/Q 輸出 (矢量型號, 選件1EL)任意I/Q 波形播放，速率高達125 MSa/s (矢量型號, 選件65

9、4)通過Signal Studio軟件，矢量型號可以生成802.11 WLAN, W-CDMA, cdma2000, 1xEV-DO, GSM, EDGE等信號圖4 Agilent N5151A頻率和幅度軟功能鍵圖5 整個實驗平臺2.邊沿、脈寬等觸發(fā)類型 邊沿觸發(fā) edge trigger按照邊沿控制所定義的上升沿或下降沿觸發(fā)。邊沿（Edge）和觸發(fā)電平（Level）用于定義邊沿觸發(fā)。邊沿確定示波器是在波形的上升沿和/或下降沿查找觸發(fā)點；觸發(fā)電平確定波形上發(fā)生觸發(fā)的電壓值。 脈沖寬度觸發(fā) pulse width trigger基于指定脈沖寬度的相關條件來產生觸發(fā)事件，如大于、小于、等于、不等于

10、等條件。3.觸發(fā)釋抑 觸發(fā)釋抑 trigger holdoff在一個預置時間間隔（或事件數）內，抑制觸發(fā)事件。觸發(fā)釋抑，波形穩(wěn)定顯示,分別表示不同的觸發(fā)點。 ,分別對應,不同觸發(fā)點所采集的波形。釋抑時間圖6 觸發(fā)釋抑4.預觸發(fā)與延遲觸發(fā)功能 預觸發(fā)/延遲觸發(fā) pre-trigger/delay-trigger指能夠以觸發(fā)點為參考，靈活移動波形存儲和顯示窗口的一種能力。通常，預觸發(fā)指能夠觀測觸發(fā)點前的波形；延遲觸發(fā)指能夠觀測觸發(fā)點出現后延遲給定條件的（如采樣點數、時間、事件）的波形。5.脈沖參數圖7 電壓類參數圖8 時間類參數6.獲取模式（普通、峰值、平均）的使用 獲取模式 acquisitio

11、n mode示波器對信號進行采樣、存儲和處理的不同方式。 峰值檢測模式 peak detection mode在兩個相鄰水平顯示像素所代表的時間間隔內，獲取并顯示信號的最大值和最小值的一種獲取模式。 平均模式 average mode采集多幅波形，對其所有相對觸發(fā)點為同一時刻的采樣點計算并顯示平均值的一種獲取模式。7.觸發(fā)方式（自動、正常、單次）的使用 正常觸發(fā) normal trigger當觸發(fā)事件產生時，示波器進行一次采集、處理與顯示，然后等待下一次觸發(fā)。 自動觸發(fā) auto trigger在一個預置時間間隔內，如果沒有出現觸發(fā)事件，將自動產生一個觸發(fā)事件。 單次觸發(fā) single tri

12、gger當觸發(fā)事件產生時，示波器進行一次采集、處理與顯示，然后停止。8.帶寬 帶寬 bandwidth示波器輸入不同頻率的等幅正弦信號時，顯示屏上對應基準頻率的顯示幅度隨頻率變化而下降3dB時，其下限到上限頻率的范圍。六 實驗步驟1. 熟悉相關測試儀器的使用數字存儲示波器：Agilent DSO5012A任意波形發(fā)生器：Agilent 33220A射頻信號源：Agilent N5181A2. 邊沿、脈寬等觸發(fā)類型的使用 邊沿觸發(fā)：（Agilent DSO5012A）連接Agilent 33220A任意波形發(fā)生器的輸出到示波器的輸入通道。設置示波器垂直靈敏度和時基于合適檔級，按下Edge菜單設置

13、邊沿觸發(fā)，Mode_Coupling按鍵下設置觸發(fā)耦合置于交流耦合，旋紐Level旋紐調整觸發(fā)電平置于零電平；設置任意波形發(fā)生器輸出頻率為1kHz正弦波，輸出電壓占示波器波形顯示區(qū)46div。在Edge菜單設置上升沿或下降沿，被測波形應隨極性變化而相應變化。設置示波器觸發(fā)電平，可觀察到被測如何波形隨觸發(fā)電平上下移動而變化？表1觸發(fā)類型實驗內容邊沿上升沿觸發(fā)下降沿觸發(fā)觸發(fā)電平上移觸發(fā)電平下移觸發(fā)電平上移觸發(fā)電平下移左移右移右移左移 脈寬觸發(fā)：（Agilent DSO5012A）連接Agilent 33220A任意波形發(fā)生器的輸出到示波器的輸入通道。設置示波器垂直靈敏度和時基于合適檔級，在Puls

14、eWidth菜單下設置觸發(fā)類型為正脈寬觸發(fā)，Mode_Coupling按鍵下設置觸發(fā)耦合置于交流耦合，旋紐Level旋紐觸發(fā)電平置于零電平。設置Agilent 33220A任意波形發(fā)生器輸出周期為T，占空比為60%的方波信號，輸出電壓占示波器波形顯示區(qū)6div。輸入200s，占空比為60%的方波信號。設定示波器的觸發(fā)條件為大于，調節(jié)脈寬比較值Tp為多少時，被測波形能穩(wěn)定觸發(fā)？先后改變觸發(fā)條件為小于、不等于，分別觀察波形觸發(fā)的狀態(tài)。設置觸發(fā)類型為負脈寬觸發(fā)，重復上述測試步驟。將實驗結果填入下表：表2觸發(fā)類型實驗內容脈寬（正脈寬）輸入信號周期TTp的設置值觸發(fā)條件為大于觸發(fā)條件為小于觸發(fā)條件為不等

15、于200vs120vs121vs120vst79.8vs79.9vs79.8vs t 79.9vs3. 觸發(fā)釋抑功能的使用（Agilent 33220A）連接Agilent 33220A任意波形發(fā)生器的輸出到示波器的輸入通道。設置Agilent 33220A任意波形發(fā)生器輸出為如圖所示的調幅信號，載波信號為10kHz，1.5Vpp，調制信號為正弦，頻率400Hz，調制深度60%。圖9 調幅波形的設置設置示波器垂直靈敏度置500mV檔級，時基置于500s檔級，通道1按鍵下設置輸入耦合方式為“AC”，Edge菜單設置觸發(fā)方式為“上升沿觸發(fā)”，調節(jié)觸發(fā)電平并置于合適位置。在Mode_Coupling

16、菜單下調節(jié)示波器觸發(fā)釋抑時間t變化，使波形能夠穩(wěn)定顯示，并記錄滿足條件的釋抑時間。穩(wěn)定觸發(fā)時，所設置的釋抑時間t為： 500vs 500mv 4. 預觸發(fā)與延遲觸發(fā)功能的使用（Agilent DSO5012A）連接Agilent 33220A任意波形發(fā)生器的輸出到示波器的輸入通道。設置Agilent 33220A任意波形發(fā)生器輸出頻率為1kHz方波，輸出電壓占示波器波形顯示區(qū)6div。調節(jié)觸發(fā)電平，使波形穩(wěn)定顯示。調節(jié)水平移位旋鈕，使波形在屏幕中左右移動。當觸發(fā)水平光標在屏幕中時，示波器工作在 預觸發(fā) 模式（預觸發(fā) or 延遲觸發(fā)）；當觸發(fā)水平光標在屏幕以外時，示波器工作在 延遲觸發(fā) 模式（預

17、觸發(fā) or 延遲觸發(fā)）。輸入信號保持不變，設置時基檔位為10s/div，此時若固定觸發(fā)類型為邊沿，極性為上升沿時，如何在屏幕中觀察到該信號的下降沿，請操作并記錄下操作步驟及最終的設置結果：調節(jié)水平移位旋鈕，當觸發(fā)水平光標延時為-500/+500vs, 在屏幕中間觀察到該信號的下降沿。5. 脈沖參數的測量（Agilent DSO5012A）使用示波器的Quick_Meas菜單下參數測量功能，記錄下輸入信號的時間和電壓參數值，填入下表：注意：信號源的輸出阻抗要和示波器的輸入阻抗匹配！表3參數類型及測試項目輸入20kHz、120mVpp方波信號輸入100Hz、3Vpp正弦信號電壓類參數峰峰值127m

18、v3.05v平均值-4.75mv-18.5mv幅度120mv2.97v頂值55mv1.47v底值-65mv-1.50v有效值60.0mv1.056v過沖2.6%1.05%時間類參數周期50.0vs10.0ms頻率20.0kHz100.0Hz上升時間8ns2.8ms正脈寬25.1vs5.0ms占空比50.2%50.0%6. 獲取模式（標準、峰值、平均、高分辨率）的使用（Agilent DSO5012A）連接Agilent 33220A任意波形發(fā)生器的輸出到示波器的輸入通道。設置任意波形發(fā)生器輸出脈沖波形，脈沖波形的頻率100Hz，占空比0.0005%，3Vpp，設置示波器時基50ms/div，在

19、Acquire菜單下分別設置標準、峰值、平均和高分辨率獲取模式觀察該波形，記錄下觀察到的結果，并分析哪種獲取模式適合該類波形的捕獲。 峰值 。設置任意波形發(fā)生器輸出頻率為100Hz正弦波，幅度不限，并在此基礎上調制一個噪聲信號，設置示波器的時基和垂直靈敏度到合適檔位，分別用平均和高分辨率模式觀察該信號，觀察到的現象分別是：（1）平均模式： 平滑度 高 。（2）高分辨率模式： 平滑度低 。分析這兩種獲取模式的區(qū)別是： 。7. 觸發(fā)方式（自動、標準、單次）的使用（Agilent DSO5012A）連接Agilent 33220A任意波形發(fā)生器的輸出到示波器的輸入通道。設置示波器垂直靈敏度和時基于合

20、適檔級，在Mode_Coupling菜單設置觸發(fā)耦合為交流耦合，旋紐Level觸發(fā)電平置于零電平。設置任意波形發(fā)生器輸出頻率為1kHz正弦波，輸出電壓占示波器波形顯示區(qū)6div。關閉任意波形發(fā)生器輸出開關，在Mode_Coupling菜單下設置示波器觸發(fā)方式為“自動”，屏幕中波形顯示情況為 一條直線、 ；打開任意波形發(fā)生器輸出開關，屏幕中顯示情況為 正弦波 。關閉任意波形發(fā)生器輸出開關，在Mode_Coupling菜單下設置示波器觸發(fā)方式為“標準”，屏幕中顯示情況為 一條直線、 ；打開任意波形發(fā)生器輸出開關，屏幕中顯示情況為 正弦波 。關閉任意波形發(fā)生器輸出開關，按Single鍵設置示波器觸發(fā)方式為“單次”，屏幕中顯示情況為 沒有顯示 ；打開任意波形發(fā)生器輸出開關，屏幕中顯示情況為 左半邊直線、右半邊正弦波 。8. 帶寬的測量（Agilent DSO5012A）連接Agilent N5181A射頻信號發(fā)生器輸出到被測的示波器輸入通道